[發明專利]細菌纖維素基發電纖維及紗線的制備方法

有效

• 申請號: 201210412222.5
• 申請日: 2012-10-25
• 公開（公告）號: CN102912630A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 張迎晨;吳紅艷
• 申請（專利權）人: 中原工學院
• 主分類號: D06M11/83
• 分類號: D06M11/83;D06M13/332;D06M13/432;D06M13/368;D06M11/60;D01D5/42;D02G3/02
• 代理公司: 鄭州中原專利事務所有限公司 41109
• 代理人: 張紹琳;孫詩雨

技術領域

本發明涉及一種細菌纖維素基發電纖維及紗線的制備方法，特別是一種能應用于微型、高性能電子器械與傳感器的自發電源的細菌纖維素基發電纖維及紗線的制備方法。

背景技術

隨著經濟社會的發展,電已經是社會中不可或缺的一部分。我國的電力現狀是都市缺電，偏遠無電,春秋谷，冬夏峰。雖然國家開啟了西電東送的工程，但是長距離輸電的電力損失和高昂的線路鋪設費用則使電力的成本不降反升。中國電力企業聯合會發布的數據顯示，2011年我國用電量達4.69萬億千瓦時，同比增長11.7%。2010年電力供需最大缺口為3000萬千瓦；迎峰度夏期間最大缺口為2500萬千瓦。目前，發電量遠不能滿足經濟增長的需求。

然而發電裝機容量還在逐年減少，2011年全國新增發電裝機容量超過了9000萬千瓦，但實際上有效增加的規模是減少的。火電是我國發電主力，然而火電連年虧損使電企失去投資動力和能力，火電投資持續快速下降，由2005年的2271億元快速減少到2011年的1054億元。氣候的變化導致出現極寒、極熱的天氣及電煤價格持續高位運行也加劇了用電的緊張。因此，今后幾年電力缺口肯定將繼續擴大，預計2012年將達到5000萬千瓦。電能供應不足而造成的“硬缺電”現象在所難免。再者偏遠地區由于地形和資金，很多地方供電受限制甚至還沒有通電。軍事作戰，遠足時交流、交通等因為所攜帶電量有限且不能維持長久，對于人煙稀少的區域，電力設備的供應也是個問題，目前的大型發電裝置都比較復雜且耗能多，小型發電裝置的制造、回收不當都會對環境造成很大危害。因此，我們現在的技術需要，即發電自發電，以提高電力使用效率，減少電力輸送環節，降低成本，從生活中即時獲得我們所需要的電能。

微電子與微制造技術的發展使無線傳感網和微執行器等微系統廣泛應用于環境監測、體內植入生物芯片、汽車、建筑、軍事的等重要領域。隨著研究的深入，微機電系統的對功能的追求越來越強，對功耗的要求越來越低，而對體積和尺寸則進入了納米尺度的研究。

納米技術作為21世紀的重要的新興科學技術領域，在理論和實踐上正經歷著高速發展。大量的新型納米器件和材料不斷被開發，為人們的生活帶來更多的便利。同時，也從微電子技術研究層面為我們帶來了解決能源危機的清潔技術。

然而納米技術發展到今日，大量研究都是集中于開發高靈敏度、高性能的納米器件，幾乎沒有任何關于納米尺度的電源系統的研究。但是，應用于生物國防等方面的納米傳感器對這種電源的需求因為技術的提升而越發迫切。一般來說這些器件的電源都是直接或者間接的來源于電池。傳感器能從物體內自己給自己提供電源，從而同時實現器件和電源的小型化是研究人員近年來研究的目標。

自從居里兄弟在石英晶體中發現壓電效應開始，人們便一直致力于將機械能轉化為電能的研究。常規壓電材料因為其電學性能，雖然可以形成電勢變化，但并不能像金屬一樣形成具有單向導電性的肖特基勢壘，因而不能達到能量的聚集到釋放這一過程。因而現在壓電電路一般需要一個復雜的外接電路來完成電能的輸出。而常規壓電材料因為晶體結構過于復雜而造成壓電結構并不能做到小型化，更不用說納米尺度的高質量壓電結構。但是當氧化鋅和氧化硅等金屬氧化物進入壓電纖維的研究范疇后，其簡單的化學成分和晶體結構造就出其純度、尺寸、形貌的易控性。其作為金屬氧化物的導電性和作為壓電材料優異的發電性能，迅速成為當今壓電材料研究的重要材料。

2006年美國佐治亞理工學院華裔科學家王中林領導的科研小組研制出一種能產生電能的新型鍍氧化鋅納米纖維，并在馬達帶動由于壓電效應產生電能；2011年美國和中國的科學家合作研究出了以氧化鋅納米線為基礎的一種壓電納米發電機，實現了在納米尺度上把機械能轉化為電能。不過現在的材料因為其總體工作效率的平庸和在潮濕環境下效率的急劇降低，并不能很好地投入使用。

發明內容

本發明的目是提供一種細菌纖維素基發電纖維及紗線的制備方法。本發明所制備的納米細菌纖維素基發電纖維及紗線可以應用到環境監測、體內植入生物芯片、汽車、建筑、軍事的等重要需要微型器件與其相對應的微型自發電源的領域。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明的細菌纖維素基發電纖維的制備方法，包括如下步驟：

（1）將漂白處理后的細菌纖維素濕膜置于一對握持羅拉之間，按照10?mm~100?m/分鐘的速度喂入；